WO2016034388A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips Download PDF

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WO2016034388A1
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Norwin Von Malm
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2924/10155—Shape being other than a cuboid

Definitions

  • An object to be solved is to provide a semiconductor chip with a plurality of radiation-emitting elements
  • Another object to be achieved is to provide a simple and cost-effective method for producing such a semiconductor chip.
  • the active layer for generating electromagnetic radiation of a first wavelength.
  • the upper side of the semiconductor layer sequence is in particular part of the semiconductor layer sequence and is provided by a for Semiconductor layer sequence belonging semiconductor layer
  • the upper side can be formed, for example, by a plane running parallel to the active layer or perpendicular to the direction of growth of the semiconductor layer sequence and comprising the points of the semiconductor layer sequence farthest from the active layer.
  • the bottom can be defined, but the bottom is formed on the other side of the active layer.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on an I I I / V compound semiconductor material.
  • Semiconductor material is, for example, a
  • Nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m As, where each 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence such as Al n In] __ n _ m Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P or an arsenide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m As, where each 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence such as Al n In] __ n _ m
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the active layer of the semiconductor layer sequence contains in particular at least one pn junction and / or at least one quantum well structure.
  • a radiation generated by the active layer in operation is in particular in the
  • Spectral range between 400 nm and 800 nm inclusive.
  • the semiconductor chip is free of a growth substrate for the Semiconductor layer sequence. This means that after the growth of the semiconductor layer sequence on a growth substrate, the growth substrate has been partially or completely removed. In particular, it is in the described here
  • Semiconductor layer sequence applied carrier is mechanically stabilized. According to at least one embodiment, the
  • the contact elements serve to power or charge carriers in the
  • the contact elements may comprise or consist of, for example, one or more metals such as Au, Ag, Ni, Al, Cu, Pd, Ti, Rh or a transparent conductive oxide, in short TCO, such as indium tin oxide, ITO for short.
  • the contact elements are preferably reflective for the light generated by the semiconductor layer sequence.
  • the contact elements may have a rectangular or round or hexagonal or triangular basic shape in plan view of the bottom, for example.
  • the contact elements may have a rectangular or round or hexagonal or triangular basic shape in plan view of the bottom, for example.
  • the contact elements on the bottom of a matrix, that is arranged in a regular pattern.
  • the contact elements are arranged on the underside as a plurality of parallel strips. According to at least one embodiment, the
  • each contact element to do so is set up to inject current into the semiconductor layer sequence independently of the other contact elements.
  • emission regions can emit electromagnetic radiation of the first wavelength individually and / or independently of one another in the intended operation.
  • each emission region preferably comprises a part of the active layer. Generated in an emission area
  • Electromagnetic radiation is preferably coupled out at the top from the semiconductor layer sequence.
  • the emission regions are arranged next to one another, for example.
  • the emission areas then appear, for example, as individual pixels or pixels, in particular the
  • Semiconductor chip is a pixelated display.
  • each is a
  • Emission range associated with one or more contact elements For example, everyone can use this assignment
  • Emission areas are energized and emit radiation.
  • Emission region one, in particular exactly one, recess in the semiconductor layer sequence.
  • the recess extends from the top toward the active layer, but preferably does not penetrate the active layer.
  • the means, the semiconductor layer sequence can in the field of
  • the active layer is then preferably a layer which is continuous over the entire semiconductor layer sequence
  • the recess of each emission region is completely surrounded by a continuous web of partitions in plan view of the upper side.
  • the partitions are preferably from the
  • the partitions extend to the top of the semiconductor layer sequence.
  • the partitions surrounding a recess may, for example, have a continuously constant height.
  • the partitions are intended to optically separate adjacent emission regions. For this purpose, no or very little radiation is preferably generated in the region of the partition and / or
  • Emission areas is emitted. Mainly, therefore, the electromagnetic radiation in the region of the recesses is coupled out of the semiconductor layer sequence.
  • the recesses in the semiconductor layer sequence have, for example, the shape of a rectangle or an inverted truncated cone or of a circle segment in a sectional view through the semiconductor layer sequence.
  • the recess itself does not completely surround an area of Semiconductor layer sequence that extends to the top.
  • the recesses are therefore preferably not formed as trenches in the semiconductor layer sequence.
  • the recesses are therefore preferably not formed as trenches in the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor chip includes a plurality of on the
  • the semiconductor layer sequence is in a plurality of in
  • each emission area is assigned one of the contact elements. Furthermore, each emission region comprises a recess in the
  • Direction active layer extends.
  • the recess of each emission area is completely surrounded by a continuous web of partitions, wherein the partitions from the
  • Partitions form boundaries between adjacent emission areas.
  • the semiconductor chip described here is based in particular on the idea of specifying a semiconductor chip which can be used as a pixelated display.
  • the controlled introduction of recesses or cavities in the Semiconductor layer sequence allows individual
  • Partitions in particular can prevent crosstalk of the electromagnetic radiation generated in two adjacent emission regions.
  • the recesses may be wholly or partly with converter materials and / or
  • a television, tablet or mobile phone display or a projection device can be realized.
  • Semiconductor layer sequence can also be the individual emission areas individually and independently powered or driven.
  • the recess of at least one emission region is at least partially filled with a converter material.
  • the converter material converts, for example, those in the operation of the relevant
  • a filling level of the converter material in the recesses is for example at least 50% or at least 70% or
  • a surface of the converter material facing away from the active layer can then flat or curved, for example lenticular,
  • the converter material comprises, for example, an emitter material or consists thereof.
  • an emitter material for example, an emitter material or consists thereof.
  • the emitter material used are, for example, organic molecules and / or luminescent polymers
  • the emitter material has at least one of the following constituents: poly-phenylenevinylene (PPV), acridine dyes,
  • Squaryllium dyes Squaryllium dyes, spiropyrans, boron-dipyrromethane (BODIPY), perylenes, pyrenes, naphthalenes, flavins, pyrroles,
  • Porphyrins and their metal complexes diarylmethane dyes, triarylmethane dyes, nitro dyes, nitroso dyes, phthalocyanine dyes, metal complexes of phthalocyanines, quinones, azo dyes, indophenol dyes, oxazines, oxazones, thiazines, thiazoles, fluorenes,
  • the emitter material is nanoscale particles with average diameters in QQ of ⁇ 500 nm or ⁇ 200 nm or ⁇ 100 nm.
  • the mean diameters of the particles may also be> 1 nm or> 5 nm or> 50 be nm.
  • the quantum dots can be, for example, so-called giant shell quantum dots, in English Giant Shell Quantum Dots. These have a core and a shell around the core, wherein the core and the shell comprise or consist of different materials.
  • the core is made of CdSe, the shell of CdS.
  • Diameter of the core is for example at most 70% or at most 50% or at most 30% of
  • the transparent matrix material may be for
  • Example to trade a silicone or acrylate or epoxy can be thermal or by light
  • pixel-selective curing can take place by energizing the associated contact element.
  • the partitions between individual recesses form a lateral boundary for the
  • Converter material is partially or completely prevented in adjacent recesses.
  • the semiconductor layer sequence in the region of the recesses, is thinned to a thickness, for example average or maximum thickness, of at most 3 ⁇ m or at most 2 ⁇ m or at most 1.5 ⁇ m.
  • the thickness can be constant, in particular, except for roughening along the entire recess. Under the thickness is doing the vertical extent perpendicular to the active layer understood.
  • too little scattering occurs in such a thin semiconductor layer sequence
  • Waveguide effects that cause light transport parallel to the active layer This will be an optical
  • each one is
  • Emission area exactly one contact element uniquely assigned.
  • the contact element is then preferably the
  • the maximum or average or minimum lateral extent of the recess deviates from the lateral extent of the contact element, for example by at most 50% or at most 30% or at most 10%.
  • Recess of an emission region is achieved that the active layer predominantly generates electromagnetic radiation only in the region of the recesses, in the region of
  • Partitions is generated little or no electromagnetic radiation. The partitions can then be seen in plan as darker appearing areas between adjacent partitions.
  • Emission areas serve and a limit or a
  • the emission regions are arranged in a matrix-like manner in a plan view of the upper side. Furthermore, the emission areas are in plan view of the
  • nondisruptive grid surrounded by partitions.
  • the meshes of the grid may have, for example, rectangular or hexagonal or round bases.
  • Semiconductor chip one mating contact or a plurality of
  • the mating contact is the mating contact with the contact elements on the underside and serves to dissipate the charge carriers injected by the contact elements from the semiconductor layer sequence
  • the contact elements on the underside are formed as contact strips running parallel in the region of the partitions or the recesses
  • mating contacts extending transversely or perpendicularly to the contact elements can be applied to the upper side, for example in the region of the partitions.
  • the contact elements and the mating contacts then form, for example, a grid.
  • the individual mating contacts are also individually and independently controlled.
  • both the contact elements and the mating contacts are mounted on the underside and the semiconductor layer sequence is energized during operation via plated-through holes.
  • the mating contact is for a A plurality of contact elements as a counter contact and in operation for contacting a plurality of emission regions.
  • the mating contact is then arranged, for example, on the upper side of the semiconductor layer sequence. Preferred are the
  • Recesses of the emission regions completely or partially free of the mating contact, so that in the region of the recesses radiation can emerge from the semiconductor layer sequence.
  • Emission area associated contact element The emission region (s) associated with the contact element then emit electromagnetic radiation.
  • the mating contact in the region of the upper side is made particularly thick, for example with a thickness of at least 5 ⁇ m or 10 ⁇ m or 20 ⁇ m, this can lead to an effective
  • the recesses can then be filled correspondingly with more converter material or the filling height can be increased, whereby the absorption probability of the radiation generated in the active layer is increased by the converter material.
  • a contiguous and uninterruptible mating contact on the upper side is understood to mean that the mating contact covers all partitions or the entire grid of partitions in plan view of the upper side.
  • the mating contact can thus extend in a plan view as well as the partitions completely around the recesses of the emission areas around.
  • a single mating contact is sufficient for contacting all
  • the mating contact covers the partitions at the top to at least 80% or at least 90% or at least 95%.
  • the mating contact has a light-reflecting or light-absorbing material.
  • the mating contact may comprise or be formed from a metal such as Au, Ag, Ni, Pt, Pd, Rh or Al. It is also possible for the mating contact to have a TCO, such as ITO or zinc oxide, in short ZnO, or to be formed therefrom.
  • Partitions to be at least 80% or 90% or 95% covered with the mating contact then preferably provides not only for contacting the
  • Emission areas can pass, but previously reflected from the side walls of the partitions or absorbed. This further increases the contrast ratio between
  • the underside of the semiconductor layer sequence is free of contact elements in the region of the partition walls.
  • the active layer generates little or no radiation.
  • an insulating layer for example of a silicon oxide such as S1O2, applied.
  • this insulating layer forms one of the contact elements mounted in the region of the recesses
  • Such a planar layer formed from contact elements and insulating layer is particularly advantageous for the application of a carrier to the underside, for example by means of a wafer bonding method, such as direct bonding, in which a wafer with a semiconductor layer sequence via van der Waals forces and / or hydrogen bonds and / or covalent
  • the active matrix element is used, for example, for the selective electrical activation of the individual contact elements.
  • the active matrix element comprises, for example, a plurality of transistors, for example thin-film transistors or CMOS transistors, which have the same, preferably matrix-like arrangement as the contact elements on the underside.
  • the transistors can be
  • a substrate for example a substrate, for example a substrate
  • Each transistor is one
  • each emission region of the semiconductor layer sequence is for
  • Active matrix element for example, not only serves for electrical control of the contact elements, but also has a mechanically supporting function for the
  • Active matrix element thus as a carrier and makes the entire semiconductor chip self-sustaining and mechanically stable.
  • the active matrix element can also be produced or deposited directly on the contact elements of the semiconductor layer sequence, for example if
  • Thin film transistors are used for the active matrix element.
  • the semiconductor chip can have a
  • Active matrix element provides.
  • the lateral extent of the recesses of the emission regions decreases from the upper side toward the active layer.
  • the recesses preferably also have a bottom surface that runs parallel to the active layer. The mean distance between
  • Floor area and active layer is then preferably smaller than the height of the partition walls.
  • the bottom surface of the recesses can then as
  • the bottom surface for example, additionally deliberately introduced
  • Roughening for example, have a roughness of> 200 nm. Such a roughening on the bottom surface may be the Auskoppeleffizienz from the bottom surface of the recess increase. Alternatively, it is also possible that the
  • Floor surfaces in the recesses are smoothed and have a roughness of ⁇ 200 nm or ⁇ 100 nm or ⁇ 50 nm. Such a smoothed bottom surface would indeed be the
  • formed bottom surface is laterally laterally, for example, completely surrounded by the side surfaces of the partition walls, wherein the side surfaces can reflect or absorb the radiation emitted from the bottom surface radiation.
  • Floor surfaces are preferably partially or completely free of the mating contact.
  • the partitions taper toward the top in the direction of the top, so that a width of the partitions in the area of the tip is at most 1/10 or at most 1/50, or at most 1/100 of the maximum width of the partitions in particular, the lateral extent of the tip
  • the protective layer covers the mating contacts at least partially, in particular Completely.
  • the protective layer comprises or consists of Al 2 O 3, SiO 2, SiN x , SiO x N y, TaN x , 10 2, parylene, polyurethane paints, epoxide-containing paints.
  • the recesses of the emission regions have a lateral extent of at least 1 ⁇ m or at least 5 ⁇ m or at least 10 ⁇ m.
  • the lateral extent of the recesses is ⁇ 300 ym or ⁇ 100 ym or ⁇ 50 ym.
  • the lateral extent of the recesses means, in particular, the maximum lateral extent or the maximum lateral extent of the bottom surfaces of the recesses.
  • the maximum width of the partitions between two recesses is at least 10% or at least 20% or at least 25% of the lateral
  • the maximum width of the partition walls is 100% or ⁇ 50% or ⁇ 30% of the lateral extent of the
  • the thickness of the first layer is the thickness of the first layer
  • Semiconductor layer sequence in the region of the partitions at least 5 ym or at least 6 ym or at least 7 ym.
  • the thickness of the semiconductor layer sequence in the region of the partition walls is 12 ⁇ m or ⁇ 10 ⁇ m or ⁇ 8 ⁇ m.
  • the active layer of the semiconductor layer sequence generates radiation in the blue spectral range or UV spectral range during operation.
  • the semiconductor layer sequence is based, for example, on a nitride compound semiconductor material.
  • the semiconductor layer sequence is based, for example, on a nitride compound semiconductor material.
  • Picture group is for example at least three
  • each image group there is a recess of a first emission area with a first, for example red one
  • Converter material and a further recess of a second emission region filled with a second, for example, green converter material has, for example, either a blue converter material or is free of one
  • each of the image groups can serve as a red-green-blue emitting unit in this way. Since the emission regions can preferably be controlled individually and independently of each other, the red-green-blue emitting emission regions of each image group can also be controlled individually and independently of one another. In this way, a color-emitting, pixelated display can be realized.
  • the image groups are arranged on the upper side of the semiconductor layer sequence in a matrix-like manner. The three emission regions of each image group are arranged, for example, in a row.
  • a projection device is specified which comprises a semiconductor chip described here.
  • an optical system that is to say a construct of optical elements, such as lenses, mirrors, prisms, deflection elements, diaphragms, can be arranged downstream of the semiconductor chip.
  • a real or virtual image of an image emitted by the semiconductor chip can then be generated via the optics and imaged onto a projection surface.
  • a method for producing a semiconductor chip is specified. The procedure can be
  • the growth substrate may be, for example, a silicon substrate or a
  • Semiconductor layer sequence and the growth substrate may be arranged to achieve better growth conditions, a buffer layer sequence.
  • the grown up
  • Semiconductor layer sequence comprises in particular an active layer for generating electromagnetic radiation.
  • a carrier is applied to the underside of the semiconductor layer sequence.
  • the growth substrate is partially or completely detached, for example by means of an etching process or a
  • emission regions in the semiconductor layer sequence are formed in a step E. This happens in particular by the introduction of
  • the recesses extend from the exposed one
  • steps A to F are performed in the stated order.
  • step F may also be performed prior to step E.
  • the structured mating contact can then serve, for example, as an etching mask for introducing the emission regions.
  • the partition walls are formed so as to be tapered toward the upper side as viewed from the active layer.
  • an interruption-free and contiguous mating contact layer can then be applied to the entire surface of the carrier
  • remote sides of the semiconductor layer sequence can be applied. Then then preferably also a
  • a directional etching process can then be used in which the protective layer is in the range of
  • Bottom surfaces of the recesses preferably extend perpendicular to a main etching direction of the etching process
  • Main etch direction run It can thereby be achieved that after the directional etching process, the side surfaces are still completely covered by a thinned protective layer, but the bottom surfaces are partially or completely free of the protective layer. In the area of the bottom surfaces, the counter contact layer is then exposed. In a next step, a further etching process can then be used in which the protective layer on the side walls serves as a mask, and in which the mating contact layer in the region of the bottom surface of the recesses is partially or completely removed.
  • a step G one or more recesses in the
  • Semiconductor layer sequence partially or completely filled with a converter material.
  • the filling can be done, for example, by means of an inkjet printing process or an aerosol jet process or dispensing or screen printing.
  • FIGS. 9A to 9C are schematic representations of
  • FIG. 1 shows a semiconductor chip 100 with a
  • Active matrix element 6 formed carrier on which a
  • Semiconductor layer sequence 1 also has an active layer 11 for generating electromagnetic radiation of a first wavelength 10.
  • the semiconductor layer sequence 1 is based for example on InGaAlN, the active layer 11 is for
  • Semiconductor layer sequence 1 has a top side 2 which runs parallel to the active layer 11 and which has the regions farthest from the active layer 11
  • Semiconductor layer sequence 1 comprises. Opposite the upper side 2, the semiconductor layer sequence 1 has a lower side 3, which also runs parallel to the active layer 11 and likewise comprises the regions of the semiconductor layer sequence 1 farthest from the active layer 11.
  • the underside 3 faces the active matrix element 6.
  • a plurality of recesses is introduced, which extend from the upper side 2 in the direction of the active layer 11, but do not break through the active layer 11.
  • each recess extends parallel to the active layer 11.
  • the individual recesses are separated from each other in the lateral direction parallel to the active layer 11 by partitions 21 and spaced.
  • the Partitions 21 form part of the
  • Semiconductor chip 100 has a single contiguous, integrally formed semiconductor layer sequence 1.
  • a mating contact 31 for example made of Al, which serves for making electrical contact with the semiconductor layer sequence 1, is also applied in the region of the upper side 2.
  • the side walls 22 of the partitions 21 are in the present case of Figure 1 free from the mating contact 31.
  • the mating contact 31 is electrically connected laterally via a bonding wire with the active matrix element 6.
  • Recesses contact elements 30 attached. In plan view of the top 2, the contact elements 30 are completely from the recess or the bottom surface 23 of the
  • Each recess is assigned its own contact element 30 one-to-one.
  • Insulation layer is preferably arranged on the underside 3 throughout the area of the partition walls 21.
  • the insulation layer with the contact elements 30 is flush with one of the contact elements 30 Semiconductor layer sequence 1 facing away from, so that the insulation layer and the contact elements 30 together form a layer with flat major surfaces.
  • the active matrix element 6 is applied, for example, by means of a direct bonding method.
  • the contact elements 30 are constructed in the example of Figure 1 from two stacked layers, wherein the active layer 11 facing layer is a mirror layer, for example, from Ag.
  • the active layer 11 facing away from the layer of the contact element 30 is preferably used as
  • the individual contact elements 30 via individually controllable transistors for example
  • Active matrix element 6 arranged shift registers electrically connected. In this way it can be achieved that the individual contact elements 30 individually and independently
  • radiation preferably arises only in the region around the respectively actuated contact element 30 first wavelength 10 then exits from the semiconductor layer sequence 1 via the bottom surface 23.
  • the semiconductor layer sequence 1 is arranged in a multiplicity of laterally side by side
  • the emission regions 20 are regions, via which electromagnetic radiation is coupled out of the semiconductor layer sequence 1, and which are perceptible as separate pixels or pixels in plan view of the upper side 2 for an observer. Between the emission regions 20 each of the partitions 21 are arranged with the mating contact element 31 mounted thereon. Due to the fact that in the region of the partitions 21 due to the
  • Insulation layer no or little radiation is generated and characterized in that on the partitions 21, a counter-contact 31 is applied, passes through the partitions 21 almost no radiation from the semiconductor layer sequence 1 from.
  • Partitions 21 thus form a possibly dark optical boundary between adjacent emission regions 20 in plan view.
  • the lateral extent of each emission region 20 is defined by the configuration of semiconductor chip 100 in FIG. 1 over the lateral extent of the associated recess.
  • some of the recesses are filled with a converter material 5.
  • the converter material 5 is, for example, luminescent organic molecules or quantum dots that are in a transparent state
  • Matrix material made of a silicone or acrylate are introduced.
  • the light emitted in the respective recess over the bottom surface 23 of the first wavelength 10 is at least partially in the light of a second, different from the first wavelength 10 via the converter material 5 Wavelength 50 converted.
  • the active layer 11 becomes active
  • the recesses serve in particular as a mold for filling with the
  • Converter material 5 The partitions 21 prevent an overflow of converter material 5 in adjacent
  • Recesses. In the embodiment of Figure 2 is a plan view of the top 2 of a semiconductor chip 100 is shown.
  • Partitions 21 between the recesses form a grid with rectangular meshes that completely and uninterruptedly surround the recesses in the semiconductor layer sequence 1.
  • the contact element 31 is completely applied, that is, the contact element 31 shapes the grid of the recesses and is also uninterruptible and continuous.
  • the mating contact 31 is between a plurality of
  • Recesses formed and surrounds the recesses laterally completely.
  • each image group 200 is likewise arranged in a matrix-like manner on the upper side 2.
  • a first one is
  • the active layer 11 emits the
  • Semiconductor layer sequence 1 for example, blue light, so this is at least from the red converter material
  • each image group 200 thus forms a blue-red-green
  • Semiconductor chip 100 of Figure 2 implemented, for example, as a multi-color emitting pixel display.
  • Figure 3 shows a similar semiconductor chip 100 as Figure 1.
  • side walls 22 of the partition walls 21 are covered in full surface with the mating contact 31 in Figure 3.
  • the mating contact 31 preferably has a reflective material such as Ag or Al. Radiation coming from the bottom surface 23 of the
  • each partition 21 in contrast to the embodiment of Figure 4, in contrast to the embodiment of Figure 3, each partition 21 so
  • the top side is negligible in size
  • Mating contact 31 does not have a bonding wire with the
  • the mating contact 31 is formed as a layer that the
  • Semiconductor layer sequence 1 laterally surmounted and over a side surface of the semiconductor layer sequence 1 to the
  • the mating contact 31 is electrically conductive with a shift register of the
  • the mating contact 31 is preferably insulated from the semiconductor layer sequence 1 by an insulating layer at least in the region of the side surface of the semiconductor layer sequence 1 so that no short circuit is generated in the semiconductor layer success 1 during operation by the mating contact 31.
  • Figure 5 is a recess in the previous
  • Embodiments was free of a converter material 5, now filled with a transparent filler.
  • transparent filler material does not convert in the intended operation the light emitted by the active layer 11 or only to a very small extent.
  • Filling material is used here, for example, to protect the
  • the transparent filling material may be the same material as used for the above-mentioned transparent matrix material.
  • Protective layer 7 is at least partially in direct contact with semiconductor layer sequence 1 in the region of the recesses and is arranged between semiconductor layer sequence 1 and converter material 5. For example, the protective layer 7 completely covers the bottom surfaces 23 of the recesses. In addition, the protective layer 7 is also applied to the side walls 22 and on top of the partition walls 21. The protective layer 7 preferably covers the counter contact 31 applied to the partition walls 21
  • the protective layer 7 of the mating contact 31 is protected from external influences, in particular against oxidation or moisture.
  • the protective layer 7 is shown in FIG. 5 as, for example, a coherent,
  • Embodiment can be achieved, for example, that before filling the recesses with the converter material 5, the protective layer 7 is removed in the region of the recesses via an etching process.
  • the protective layer 7 is not as in FIGS.
  • the protective layer 7 is applied here as a potting over the entire semiconductor layer sequence 1.
  • the protective layer 7 is therefore arranged on the side facing away from the active layer 11 side of the converter material 5.
  • the protective layer 7 covers all recesses, all partitions 21 and all side surfaces of the
  • FIG. 9A shows a method step for producing a semiconductor chip 100 described here
  • a semiconductor layer sequence 11 is already applied to an active matrix element 6, which is not the growth substrate for the semiconductor layer sequence 1. Further, for example, via an etching process already recesses from the top 2 ago in the
  • Recesses completely surrounding partitions 21 have a tapered cross-sectional shape. Furthermore, on the side facing away from the active matrix element 6 side
  • Semiconductor layer sequence 1 already applied a contiguous and uninterrupted counter-contact layer 310 over the entire surface of the semiconductor layer sequence 1.
  • the mating contact layer 310 completely covers the bottom surfaces 23 of the recesses as well as all side surfaces 22 of the partition walls 21.
  • On the side facing away from the active matrix element 6 side of the mating contact layer 310 is also a
  • Protective layer 7 applied, which is also formed contiguous and uninterrupted and is applied over the entire surface of the mating contact layer 310.
  • the protective layer 7 is made of, for example, a silicon oxide such as SiC> 2, and the mating contact layer 310 is made of Ag, for example.
  • FIG. 9A also shows how the protective layer 7 is directed away from a side facing away from the active matrix element 6 with a directed etching process 70, such as reactive ion etching, for example. is treated.
  • a directed etching process 70 such as reactive ion etching, for example. is treated.
  • Recesses are eroded more than on the
  • FIG. 9B One possible result of this directional etching process 70 is shown in FIG. 9B.
  • the protective layer 7 is completely removed in the area of the bottom surfaces 23 of the recesses. Since the side surfaces 21 in one of 90 °
  • Etching process 80 for example, a wet-chemical
  • Etching is performed by a the active matrix element 6 side facing away.
  • the protective layer 7 on the sidewalls 22 now serves as
  • Etching process 80 now partially or completely removed.
  • structured counter contact 31 are provided without the structuring of the mating contact 31 consuming

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (100) eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer Oberseite (2), einer der Oberseite (2) gegenüberliegende Unterseite (3) und einer aktiven Schicht (11) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge (10), wobei der Halbleiterchip (100) frei von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge (1) ist. Weiter umfasst der Halbleiterchip (100) eine Mehrzahl von auf der Unterseite (3) angeordneten Kontaktelementen (30), die einzeln und unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind. Dabei ist die Halbleiterschichtenfolge (1) in eine Mehrzahl von in lateraler Richtung nebeneinander angeordneten Emissionsbereichen (20) unterteilt, die dazu eingerichtet sind, im Betrieb Strahlung zu emittieren. Jedem Emissionsbereich (20) ist dabei eines der Kontaktelemente (30) zugeordnet. Ferner umfasst jeder Emissionsbereich (20) eine Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge (1), die sich von der Oberseite (2) in Richtung aktive Schicht (11) erstreckt. In Draufsicht auf die Oberseite (2) ist die Ausnehmung eines jeden Emissionsbereichs (20) vollständig von einer zusammenhängenden Bahn aus Trennwänden (21) umgeben, wobei die Trennwände (21) aus der Halbleiterschichtenfolge (1) gebildet sind.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
Es werden ein optoelektronischer Halbleiterchip sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips angegeben. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Halbleiterchip mit einer Mehrzahl von Strahlungsemittierenden
Emissionsbereichen anzugeben, der im Betrieb ein hohes
Kontrastverhältnis zwischen benachbarten Emissionsbereichen liefert. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer Oberseite, eine der
Oberseite gegenüberliegende Unterseite und einer aktiven Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge. Bevorzugt ist die
Halbleiterschichtenfolge einstückig und zusammenhängend ausgebildet.
Die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge ist insbesondere Teil der Halbleiterschichtenfolge und ist durch eine zur Halbleiterschichtenfolge gehörende Halbleiterschicht
gebildet. Die Oberseite kann zum Beispiel durch eine parallel zur aktiven Schicht oder senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge verlaufende Ebene gebildet sein, die die am weitesten von der aktiven Schicht entfernten Punkte der Halbleiterschichtenfolge umfasst. Ebenso kann auch die Unterseite definiert sein, jedoch ist die Unterseite auf der anderen Seite der aktiven Schicht ausgebildet. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem I I I /V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem
Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_ mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge
Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters der
Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur . Eine von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Strahlung liegt insbesondere im
Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip frei von einem Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge. Das heißt, dass nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat das Aufwachssubstrat teilweise oder vollständig entfernt wurde. Insbesondere handelt es sich bei dem hier beschriebenen
Halbleiterchip also um einen Dünnfilm-Halbleiterchip, der durch einen nach dem Aufwachsen auf die
Halbleiterschichtenfolge aufgebrachten Träger mechanisch stabilisiert ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip eine Mehrzahl von auf der Unterseite
angeordneten Kontaktelementen. Die Kontaktelemente dienen dazu, Strom beziehungsweise Ladungsträger in die
Halbleiterschichtenfolge zu injizieren. Die Kontaktelemente können zum Beispiel ein oder mehrere Metalle wie Au, Ag, Ni, AI, Cu, Pd, Ti, Rh oder ein transparent leitfähiges Oxid, kurz TCO, wie Indium-Zinn-Oxid, kurz ITO aufweisen oder daraus bestehen. Bevorzugt sind die Kontaktelemente spiegelnd für das von der Halbleiterschichtenfolge erzeugte Licht.
Die Kontaktelemente können in Draufsicht auf die Unterseite zum Beispiel eine rechteckige oder runde oder hexagonale oder dreieckige Grundform aufweisen. Insbesondere können die
Kontaktelemente auf der Unterseite matrixartig, das heißt in einem regelmäßigen Muster angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Kontaktelemente auf der Unterseite als eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Streifen angeordnet sind . Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente auf der Unterseite im vorgesehenen Betrieb einzeln und unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Das heißt zum Beispiel, dass jedes Kontaktelement dazu eingerichtet ist, unabhängig von den anderen Kontaktelementen Strom in die Halbleiterschichtenfolge zu injizieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge in eine Mehrzahl von in lateraler Richtung, das heißt in eine Richtung parallel zur
Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht, nebeneinander angeordnete Emissionsbereiche unterteilt. Die einzelnen
Emissionsbereiche können zum Beispiel im vorgesehenen Betrieb einzeln und/oder unabhängig voneinander elektromagnetische Strahlung der ersten Wellenlänge emittieren. Bevorzugt umfasst also jeder Emissionsbereich einen Teil der aktiven Schicht. In einem Emissionsbereich erzeugte
elektromagnetische Strahlung wird bevorzugt an der Oberseite aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt.
In Draufsicht auf die Oberseite sind die Emissionsbereiche zum Beispiel nebeneinander angeordnet. Für einen Beobachter erscheinen die Emissionsbereiche dann zum Beispiel wie einzelne Bildpunkte oder Pixel, insbesondere stellt der
Halbleiterchip ein pixeliertes Display dar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind jedem
Emissionsbereich ein oder mehrere Kontaktelemente zugeordnet. Durch diese Zuordnung kann beispielsweise jeder
Emissionsbereich einzeln und unabhängig von den anderen
Emissionsbereichen bestromt werden und Strahlung emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist jeder
Emissionsbereich eine, insbesondere genau eine, Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge auf. Die Ausnehmung erstreckt sich dabei von der Oberseite in Richtung aktive Schicht, durchdringt die aktive Schicht bevorzugt aber nicht. Das heißt, die Halbleiterschichtenfolge kann im Bereich der
Ausnehmung im vorgesehenen Betrieb Strahlung erzeugen.
Bevorzugt ist die aktive Schicht dann eine über die gesamte Halbleiterschichtenfolge zusammenhängende Schicht ohne
Unterbrechungen, die sich über eine Mehrzahl von
Emissionsbereichen erstreckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ausnehmung eines jedes Emissionsbereichs in Draufsicht auf die Oberseite vollständig von einer zusammenhängenden Bahn aus Trennwänden umgeben. Die Trennwände sind dabei bevorzugt aus der
Halbleiterschichtenfolge gebildet und bilden zum Beispiel Grenzen oder Grenzbereiche zwischen benachbarten
Emissionsbereichen .
Beispielsweise reichen die Trennwände bis zur Oberseite der Halbleiterschichtenfolge. Die eine Ausnehmung umgebenden Trennwände können zum Beispiel eine durchgehend konstante Höhe aufweisen. Insbesondere sind die Trennwände dafür vorgesehen, benachbarte Emissionsbereiche optisch voneinander zu trennen. Dazu wird bevorzugt im Bereich der Trennwand keine oder nur sehr wenig Strahlung erzeugt und/oder
emittiert, zum Beispiel höchstens 1 % oder höchstens 0,1 % oder höchstens 0,01 % der Strahlung, die aus den
Emissionsbereichen emittiert wird. Hauptsächlich wird also die elektromagnetische Strahlung im Bereich der Ausnehmungen aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt.
Die Ausnehmungen in der Halbleiterschichtenfolge haben in Schnittdarstellung durch die Halbleiterschichtenfolge zum Beispiel die Form eines Rechtecks oder eines umgedrehten Kegelstumpfes oder eines Kreissegments. Insbesondere umgibt die Ausnehmung selbst nicht vollständig einen Bereich der Halbleiterschichtenfolge, die bis zur Oberseite reicht. Die Ausnehmungen sind also bevorzugt nicht als Gräben in der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet . In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer Oberseite, einer der
Oberseite gegenüberliegenden Unterseite und einer aktiven Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge, wobei der Halbleiterchip frei von einem
Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge ist. Weiter umfasst der Halbleiterchip eine Mehrzahl von auf der
Unterseite angeordneten Kontaktelementen, die einzeln und unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind. Dabei ist die Halbleiterschichtenfolge in eine Mehrzahl von in
lateraler Richtung nebeneinander angeordneten
Emissionsbereichen unterteilt, die dazu eingerichtet sind, im Betrieb Strahlung zu emittieren. Jedem Emissionsbereich ist dabei eines der Kontaktelemente zugeordnet. Ferner umfasst jeder Emissionsbereich eine Ausnehmung in der
Halbleiterschichtenfolge, die sich von der Oberseite in
Richtung aktive Schicht erstreckt. In Draufsicht auf die Oberseite ist die Ausnehmung eines jeden Emissionsbereichs vollständig von einer zusammenhängenden Bahn aus Trennwänden umgeben, wobei die Trennwände aus der
Halbleiterschichtenfolge gebildet sind und wobei die
Trennwände Grenzen zwischen benachbarten Emissionsbereichen bilden . Dem hier beschriebenen Halbleiterchip liegt insbesondere die Idee zugrunde, einen Halbleiterchip anzugeben, der als pixeliertes Display verwendet werden kann. Das kontrollierte Einbringen von Ausnehmungen oder Kavitäten in die Halbleiterschichtenfolge ermöglicht, einzelne
Emissionsbereiche zu definieren. Zwischen den Ausnehmungen bleiben Trennwände stehen, die im Betrieb zum Beispiel zu einem verbesserten Kontrastverhältnis zwischen benachbarten Emissionsbereichen beziehungsweise Pixeln führen. Die
Trennwände können insbesondere ein Übersprechen der in zwei benachbarten Emissionsbereichen erzeugten elektromagnetischen Strahlung verhindern. Ferner können die Ausnehmungen ganz oder teilweise mit Konvertermaterialien und/oder
Streumaterialien gefüllt sein, so dass auf einem einzigen Halbleiterchip mit durchgehender aktiver Schicht
Emissionsbereiche vorhanden sind, die Strahlung
unterschiedlicher Wellenlängen emittieren. Dadurch kann zum Beispiel ein Fernseh-, Tablet- oder Handy-Display oder eine Projektionsvorrichtung realisiert sein. Durch das
Vorhandensein von einzeln und unabhängig ansteuerbaren
Kontaktelementen auf der Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge können außerdem die verschiedenen Emissionsbereiche einzeln und unabhängig voneinander mit Strom versorgt werden beziehungsweise angesteuert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ausnehmung zumindest eines Emissionsbereichs zumindest teilweise mit einem Konvertermaterial gefüllt. Das Konvertermaterial wandelt beispielsweise die im Betrieb des betreffenden
Emissionsbereichs erzeugte Strahlung der ersten Wellenlänge ganz oder teilweise in eine Strahlung einer zweiten von der ersten Wellenlänge unterschiedlichen Wellenlänge um. Eine Füllhöhe des Konvertermaterials in den Ausnehmungen beträgt zum Beispiel zumindest 50 % oder zumindest 70 % oder
zumindest 90 % der Höhe der Trennwände. Eine der aktiven Schicht abgewandte Oberfläche des Konvertermaterials kann dann eben oder gekrümmt, beispielsweise linsenförmig,
ausgebildet sein.
Das Konvertermaterial weist zum Beispiel ein Emittermaterial auf oder besteht daraus. Insbesondere kann das
Emittermaterial in ein transparentes Matrixmaterial
eingebracht sein. Als Emittermaterial kommen zum Beispiel organische Moleküle und/oder lumineszierende Polymere
und/oder Quantenpunkte in Frage. Beispielsweise weist das Emittermaterial zumindest einen der folgenden Bestandteile auf: Poly-Phenylenvinylen (PPV) , Acridin-Farbstoffe,
Acridinon-Farbstoffe, Anthrachino-Farbstoffe, Anthracen- Farbstoffe, Cyanin-Farbstoffe, Dansyl-Farbstoffe,
Squaryllium-Farbstoffe, Spiropyrane, Boron-dipyrromethane (BODIPY) , Perylene, Pyrene, Naphthalene, Flavine, Pyrrole,
Porphyrine und deren Metallkomplexe, Diarylmethan-Farbstoffe, Triarylmethan-Farbstoffe, Nitro-Farbstoffe, Nitroso- Farbstoffe, Phthalocyanin-Farbstoffe, Metallkomplexe von Phthalocyaninen, Quinone, Azo-Farbstoffe, Indophenol- Farbstoffe, Oxazine, Oxazone, Thiazine, Thiazole, Fluorene,
Flurone, Pyronine, Rhodamine, Coumarine. Bezüglich dieser und weiterer möglicher Emittermaterialien wird auf die
Druckschrift DE 10 2014 105 142 AI verwiesen, deren
Offenbarungsgehalt ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Insbesondere handelt es sich bei dem Emittermaterial um nano- skalige Partikel mit mittleren Durchmessern in QQ von < 500 nm oder < 200 nm oder < 100 nm. Alternativ oder zusätzlich können die mittleren Durchmesser der Partikel auch > 1 nm oder > 5 nm oder > 50 nm sein. Die Quantenpunkte können zum Beispiel sogenannte Riesenschalen Quantenpunkte, englisch Giant Shell Quantum Dots, sein. Diese weisen einen Kern und eine Schale um den Kern auf, wobei der Kern und die Schale unterschiedliche Materialien aufweisen oder daraus bestehen. Zum Beispiel ist der Kern aus CdSe, die Schale aus CdS gebildet. Der
Durchmesser des Kerns beträgt beispielsweise höchstens 70 % oder höchstens 50 % oder höchstens 30 % des
Gesamtdurchmessers des Quantenpunktes. Solche Quantenpunkte weisen einen spektralen Abstand zwischen Absorptionsbande und Emissionsbande auf, was zu einer geringen Selbstabsorption führt. Dies erlaubt, die Quantenpunkte auch in einer hohen Konzentration im Konvertermaterial zu verwenden. Bei dem transparenten Matrixmaterial kann es sich zum
Beispiel um ein Silikon oder Acrylat oder Epoxid handeln. Dass Matrixmaterial kann thermisch oder durch Licht
ausgehärtet werden. Handelt es sich um ein lichtaushärtendes Matrixmaterial, kann eine pixel-selektive Aushärtung durch Bestromung des zugehörigen Kontaktelements erfolgen.
Vorteilhafterweise bilden die Trennwände zwischen einzelnen Ausnehmungen eine laterale Begrenzung für das
Konvertermaterial, so dass ein Überlaufen des
Konvertermaterials in benachbarte Ausnehmungen teilweise oder vollständig verhindert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im Bereich der Ausnehmungen die Halbleiterschichtenfolge auf eine Dicke, zum Beispiel mittlere oder maximale Dicke, von höchstens 3 ym oder höchstens 2 ym oder höchstens 1,5 ym gedünnt. Die Dicke kann insbesondere bis auf Aufrauungen entlang der gesamten Ausnehmung konstant sein. Unter der Dicke wird dabei die vertikale Ausdehnung senkrecht zur aktiven Schicht verstanden. Vorteilhafterweise kommt es bei einer so dünnen Halbleiterschichtenfolge zu wenig Streu- oder
Wellenleitungseffekten, die einen Lichttransport parallel zur aktiven Schicht bewirken. Dadurch wird ein optisches
Übersprechen zwischen benachbarten Emissionsbereichen weiter unterdrückt. Insbesondere wird durch die dünne Schichtenfolge im Bereich der Ausnehmungen also Licht überwiegend nur in dem Bereich aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt, in dem es auch erzeugt wird. Eine laterale Lichtleitung ist
unterdrückt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jedem
Emissionsbereich genau ein Kontaktelement eineindeutig zugeordnet. Das Kontaktelement liegt dann bevorzugt der
Ausnehmung des entsprechenden Emissionsbereichs gegenüber. Zum Beispiel überdeckt in Draufsicht auf die Oberseite die Ausnehmung eines Emissionsbereichs das zugehörige
Kontaktelement vollständig. Die maximale oder mittlere oder minimale laterale Ausdehnung der Ausnehmung weicht dabei von der lateralen Ausdehnung des Kontaktelements zum Beispiel um höchstens 50 % oder höchstens 30 % oder höchstens 10 % ab.
Durch eine solche Anordnung zwischen Kontaktelement und
Ausnehmung eines Emissionsbereichs wird erreicht, dass die aktive Schicht überwiegend nur im Bereich der Ausnehmungen elektromagnetische Strahlung erzeugt, im Bereich der
Trennwände wird wenig oder keine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die Trennwände können dann in Draufsicht als dunkler erscheinende Bereiche zwischen benachbarten
Emissionsbereichen dienen und eine Grenze oder ein
Grenzbereich zwischen diesen Emissionsbereichen bilden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in Draufsicht auf die Oberseite die Emissionsbereiche matrixartig angeordnet. Ferner sind die Emissionsbereiche in Draufsicht auf die
Oberseite zum Beispiel von einem durchgehenden und
unterbrechungsfreien Gitternetz aus Trennwänden umgeben. Die Maschen des Gitternetzes können zum Beispiel rechteckige oder hexagonale oder runde Grundflächen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip einen Gegenkontakt oder eine Mehrzahl von
Gegenkontakten auf. Der Gegenkontakt ist der Gegenkontakt zu den Kontaktelementen auf der Unterseite und dient dazu, die von den Kontaktelementen injizierten Ladungsträger aus der Halbleiterschichtenfolge abzuführen beziehungsweise
entgegengesetzt geladene Ladungsträger zu injizieren.
Sind zum Beispiel die Kontaktelemente auf der Unterseite als im Bereich der Trennwände oder der Ausnehmungen parallel verlaufende Kontaktstreifen ausgebildet, so können auf der Oberseite, zum Beispiel im Bereich der Trennwände, quer oder senkrecht zu den Kontaktelementen verlaufende Gegenkontakte aufgebracht sein. In Draufsicht bilden die Kontaktelemente und die Gegenkontakte dann beispielsweise ein Gitternetz. Bevorzugt sind dann die einzelnen Gegenkontakte auch einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar. Es ist aber auch vorstellbar, dass sowohl die Kontaktelemente als auch die Gegenkontakte auf der Unterseite angebracht sind und die Halbleiterschichtenfolge im Betrieb über Durchkontaktierungen bestromt wird.
Besonders bevorzugt sind die Trennwände mit einem einzigen zusammenhängend und unterbrechungsfrei ausgebildeten
Gegenkontakt bedeckt. Der Gegenkontakt dient für eine Mehrzahl an Kontaktelementen als Gegenkontakt und im Betrieb zur Kontaktierung einer Mehrzahl von Emissionsbereichen. Der Gegenkontakt ist dann beispielsweise auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Bevorzugt sind die
Ausnehmungen der Emissionsbereiche ganz oder teilweise frei von dem Gegenkontakt, so dass im Bereich der Ausnehmungen Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge austreten kann. Im Betrieb eines Emissionsbereichs wird dann zum Beispiel eine Spannung zwischen dem Gegenkontakt und dem zum
Emissionsbereich zugehörigen Kontaktelement angelegt. Der oder die zu dem Kontaktelement zugehörigen Emissionsbereiche emittieren dann elektromagnetische Strahlung.
Ist der Gegenkontakt im Bereich der Oberseite besonders dick ausgeführt, zum Beispiel mit einer Dicke von zumindest 5 ym oder 10 ym oder 20 ym, kann dies zu einer effektiven
Vertiefung der Ausnehmungen führen. Die Ausnehmungen können dann entsprechend mit mehr Konvertermaterial gefüllt werden beziehungsweise die Füllhöhe kann erhöht werden, wodurch auch die Absorptionswahrscheinlichkeit von der in der aktiven Schicht erzeugten Strahlung durch das Konvertermaterial erhöht wird.
Unter einem wie oben angeführten zusammenhängenden und unterbrechungsfreien Gegenkontakt auf der Oberseite wird zum Beispiel verstanden, dass der Gegenkontakt in Draufsicht auf die Oberseite alle Trennwände beziehungsweise das gesamte Gitternetz aus Trennwänden überdeckt. Der Gegenkontakt kann in Draufsicht also wie auch die Trennwände vollständig um die Ausnehmungen der Emissionsbereiche herum verlaufen. Bevorzugt reicht ein einziger Gegenkontakt zur Kontaktierung aller
Emissionsbereiche. Insbesondere überdeckt der Gegenkontakt die Trennwände an der Oberseite zu zumindest 80 % oder zumindest 90 % oder zumindest 95 %. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Gegenkontakt ein lichtreflektierendes oder lichtabsorbierendes Material auf. Insbesondere kann der Gegenkontakt ein Metall wie Au, Ag, Ni, Pt, Pd, Rh oder AI aufweisen oder daraus gebildet sein. Auch ist es möglich, dass der Gegenkontakt ein TCO, wie ITO oder Zinkoxid, kurz ZnO, aufweist oder daraus gebildet ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt der
Gegenkontakt die Trennwände nicht nur auf der Oberseite, sondern auch an Seitenflächen der Trennwände. Die
Seitenflächen sind dabei quer zur aktiven Schicht verlaufende Flächen der Trennwände, die die Ausnehmungen lateral
begrenzen. Insbesondere können die Seitenflächen aller
Trennwände zu zumindest 80 % oder 90 % oder 95 % mit dem Gegenkontakt bedeckt sein. Der Gegenkontakt sorgt dann bevorzugt nicht nur für die Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge, sondern auch dafür, dass die im Bereich der Ausnehmung erzeugte oder konvertierte
elektromagnetische Strahlung eines Emissionsbereichs nicht durch die Trennwände hindurch zu benachbarten
Emissionsbereichen gelangen kann, sondern vorher von den Seitenwänden der Trennwände reflektiert oder absorbiert wird. Dies erhöht weiter das Kontrastverhältnis zwischen
benachbarten Emissionsbereichen oder Pixeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Unterseite der Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Trennwände frei von Kontaktelementen. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass im Betrieb in den Bereichen der Trennwände die aktive Schicht wenig oder keine Strahlung erzeugt. Beispielsweise ist dazu im Bereich der Trennwände auf der Unterseite eine isolierende Schicht, zum Beispiel eines Siliziumoxids wie S1O2, aufgebracht. Vorteilhafterweise bildet diese isolierende Schicht mit den im Bereich der Ausnehmungen angebrachten Kontaktelementen eine der
Halbleiterschichtenfolge abgewandte ebene Fläche aus, das heißt, die Kontaktelemente und die isolierende Schicht schließen in Seitenansicht bündig miteinander ab. Eine solche aus Kontaktelementen und isolierender Schicht geformte ebene Schicht ist besonders vorteilhaft für das Aufbringen eines Trägers auf die Unterseite zum Beispiel mittels Wafer- Bonding-Verfahrens, wie Direct-Bonding, bei dem ein Wafer mit einer Halbleiterschichtenfolge über Van-der-Waals-Kräfte und/oder Wasserstoffbrückenbindungen und/oder kovalente
Bindungen mechanisch fest verbunden wird, sodass keine zusätzlichen Zwischenschichten nötig sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an der Unterseite auf eine Mehrzahl der Kontaktelemente ein gemeinsames
Aktivmatrixelement aufgebracht. Das Aktivmatrixelement dient zum Beispiel zur selektiven elektrischen Ansteuerung der einzelnen Kontaktelemente. Das Aktivmatrixelement umfasst zum Beispiel eine Mehrzahl von Transistoren, etwa Dünnschicht- Transistoren oder CMOS-Transistoren, die die gleiche, vorzugsweise matrixartige Anordnung wie die Kontaktelemente auf der Unterseite aufweisen. Die Transistoren können
beispielsweise auf einem Substrat, zum Beispiel einem
Glassubstrat oder einer Leiterplatte oder einem Si-Wafer, aufgebracht sein. Dabei ist jedem Transistor ein
Kontaktelement und somit ein Emissionsbereich der
Halbleiterschichtenfolge eindeutig zugeordnet. Ferner sind jedem Emissionsbereich der Halbleiterschichtenfolge zum
Beispiel eindeutig Stromversorgungsanschlüsse auf dem
Aktivmatrixelement zugeordnet. Insbesondere kann das
Aktivmatrixelement über ein Direct-Bonding-Verfahren mit der Halbleiterschichtenfolge verbunden sein. Das
Aktivmatrixelement dient beispielsweise nicht lediglich zur elektrischen Ansteuerung der Kontaktelemente, sondern hat zusätzlich eine mechanisch tragende Funktion für die
Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere dient das
Aktivmatrixelement also als Träger und macht den gesamten Halbleiterchip selbstragend und mechanisch stabil.
Alternativ kann das Aktivmatrixelement auch direkt auf den Kontaktelementen der Halbleiterschichtenfolge hergestellt oder abgeschieden sein, zum Beispiel wenn
Dünnfilmtransistoren für das Aktivmatrixelement verwendet sind. In diesem Fall kann der Halbleiterchip einen
zusätzlichen Träger aufweisen, der für die mechanische
Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge und des
Aktivmatrixelements sorgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt die laterale Ausdehnung der Ausnehmungen der Emissionsbereiche von der Oberseite in Richtung aktive Schicht ab. Bevorzugt weisen die Ausnehmungen außerdem eine Bodenfläche auf, die parallel zur aktiven Schicht verläuft. Der mittlere Abstand zwischen
Bodenfläche und aktiver Schicht ist dann bevorzugt kleiner als die Höhe der Trennwände.
Die Bodenfläche der Ausnehmungen kann dann als
Strahlungsauskoppelfläche der im Bereich der Ausnehmung erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus der
Halbleiterschichtenfolge dienen. Dazu kann die Bodenfläche beispielsweise zusätzlich beabsichtigt eingebrachte
Aufrauungen, zum Beispiel mit einer Rauheit von > 200 nm aufweisen. Eine solche Aufrauung auf der Bodenfläche kann die Auskoppeleffizienz aus der Bodenfläche der Ausnehmung erhöhen. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die
Bodenflächen im Bereich der Ausnehmungen geglättet sind und eine Rauheit von < 200 nm oder < 100 nm oder < 50 nm haben. Eine solche geglättete Bodenfläche würde zwar die
Auskoppeleffizienz aus der Bodenfläche verringern,
andererseits kommt es bei einer so glatten Oberfläche aber zu weniger Streueffekten, was das optische Übersprechen
benachbarter Emissionsbereiche weiter reduziert. Die bevorzugt durchgehende und unterbrechungsfrei
ausgebildete Bodenfläche ist lateral seitlich zum Beispiel vollständig von den Seitenflächen der Trennwände umgeben, wobei die Seitenflächen die aus der Bodenfläche emittierte Strahlung reflektieren oder absorbieren können. Die
Bodenflächen sind bevorzugt teilweise oder vollständig frei von dem Gegenkontakt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform laufen die Trennwände von der aktiven Schicht aus gesehen in Richtung Oberseite spitz zu, so dass eine Breite der Trennwände im Bereich der Spitze höchstens 1/10 oder höchstens ein 1/50 oder höchstens ein 1/100 der maximalen Breite der Trennwände beträgt, insbesondere kann die laterale Ausdehnung der Spitze
vernachlässigbar klein gegenüber der maximalen Ausdehnung der Trennwand sein. Eine solche Ausgestaltung der Trennwände ist insbesondere für das weiter unten beschriebene
Herstellungsverfahren vorteilhaft .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seiten des Gegenkontakts eine Schutzschicht aufgebracht, die den Gegenkontakt vor äußeren Einflüssen schützt. Die Schutzschicht bedeckt dabei die Gegenkontakte zumindest teilweise, insbesondere vollständig. Beispielsweise weist die Schutzschicht AI2O3, S1O2, SiNx, SiOxNy, TaNx, 1O2, Parylene, Polyurethan-Lacke, epoxidhaltige Lacke auf oder besteht daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Ausnehmungen der Emissionsbereiche eine laterale Ausdehnung von mindestens 1 ym oder mindestens 5 ym oder mindestens 10 ym auf.
Alternativ oder zusätzlich ist die laterale Ausdehnung der Ausnehmungen < 300 ym oder < 100 ym oder < 50 ym. Unter der lateralen Ausdehnung der Ausnehmungen wird dabei insbesondere die maximale laterale Ausdehnung oder die maximale laterale Ausdehnung der Bodenflächen der Ausnehmungen verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die maximale Breite der Trennwände zwischen zwei Ausnehmungen mindestens 10 % oder mindestens 20 % oder mindestens 25 % der lateralen
Ausdehnung der Ausnehmungen der Emissionsbereiche. Alternativ oder zusätzlich ist die maximale Breite der Trennwände ^ 100 % oder < 50 % oder < 30 % der lateralen Ausdehnung der
Ausnehmungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Dicke der
Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Trennwände zumindest 5 ym oder zumindest 6 ym oder zumindest 7 ym. Alternativ oder zusätzlich ist die Dicke der Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Trennwände ^ 12 ym oder < 10 ym oder < 8 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verlaufen die
Seitenflächen der Trennwände schräg zur aktiven Schicht und schließen mit der aktiven Schicht beispielsweise einen Winkel von mindestens 30° oder mindestens 60° oder mindestens 80° ein. Alternativ oder zusätzlich ist der Winkel zwischen den Seitenflächen der Trennwände und der aktiven Schicht
höchstens 90° oder höchstens 80° oder höchstens 60°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erzeugt die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge im Betrieb Strahlung im blauen Spektralbereich oder UV-Spektralbereich. Dazu basiert die Halbleiterschichtenfolge zum Beispiel auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip eine Mehrzahl von Bildgruppen auf. Jede
Bildgruppe ist beispielsweise aus zumindest drei
nebeneinander angeordneten Emissionsbereichen gebildet. Zum Beispiel ist in jeder Bildgruppe eine Ausnehmung eines ersten Emissionsbereichs mit einem ersten, zum Beispiel roten
Konvertermaterial und eine weitere Ausnehmung eines zweiten Emissionsbereichs mit einem zweiten, zum Beispiel grünen Konvertermaterial gefüllt. Eine Ausnehmung eines dritten Emissionsbereichs weist beispielsweise entweder ein blaues Konvertermaterial auf oder ist frei von einem
Konvertermaterial. Insgesamt kann auf diese Weise jede der Bildgruppen als eine rot-grün-blau emittierende Einheit dienen. Da die Emissionsbereiche vorzugsweise einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden können, können auch die rot-grün-blau emittierenden Emissionsbereiche einer jeden Bildgruppe einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden. Auf diese Weise kann ein farbig-emittierender, pixelierter Display realisiert sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Bildgruppen auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge matrixartig angeordnet. Die drei Emissionsbereiche einer jeden Bildgruppe sind dabei zum Beispiel in einer Reihe angeordnet. Ferner wird eine Projektionsvorrichtung angegeben, die einen hier beschriebenen Halbleiterchip umfasst. Dem Halbleiterchip kann dabei eine Optik, das heißt ein Konstrukt aus optischen Elementen, wie Linsen, Spiegeln, Prismen, Umlenkelementen, Blenden, nachgeordnet sein. Über die Optik kann dann ein reales oder virtuelles Bild eines von dem Halbleiterchip emittierten Bildes erzeugt und auf eine Projektionsfläche abgebildet werden. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips angegeben. Das Verfahren kann sich
insbesondere zur Herstellung eines wie oben beschriebenen Halbleiterchips eignen. Merkmale des Halbleiterchips sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem Schritt A eine Halbleiterschichtenfolge auf einem
Aufwachssubstrat aufgewachsen. Bei dem Aufwachssubstrat kann es sich zum Beispiel um ein Silizium-Substrat oder ein
Saphir-Substrat handeln. Zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und dem Aufwachssubstrat kann zur Erreichung besserer Aufwachsbedingungen auch eine Buffer- Schichtenfolge angeordnet sein. Die aufgewachsene
Halbleiterschichtenfolge umfasst insbesondere eine aktive Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in einem
weiteren Schritt B Kontaktelemente auf einer dem
Aufwachssubstrat abgewandten Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt C ein Träger auf die Unterseite der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt D das Aufwachssubstrat teilweise oder vollständig abgelöst, zum Beispiel mittels eines Ätzprozesses oder eines
Polierprozesses oder eines Laserprozesses. Dabei wird
vorzugsweise eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite der Halbleiterschichtenfolge freigelegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in einem Schritt E Emissionsbereiche in der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Dies geschieht insbesondere durch das Einbringen von
Ausnehmungen in die Halbleiterschichtenfolge. Dabei
erstrecken sich die Ausnehmungen von der freigelegten
Oberseite in Richtung aktive Schicht, durchdringen die aktive Schicht aber vorzugsweise nicht. Außerdem bleiben beim Bilden der Ausnehmungen Trennwände aus der Halbleiterschichtenfolge stehen, die in Draufsicht auf die Oberseite eine die
jeweilige Ausnehmung vollständig umgebende zusammenhängende Bahn bilden. Das Bilden der Ausnehmungen geschieht zum
Beispiel mittels eines Ätzprozesses über eine strukturierte Maske .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt F ein strukturierter Gegenkontakt auf die Oberseite
aufgebracht, so dass die Trennwände der
Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise von dem
Gegenkontakt bedeckt sind, die Ausnehmungen aber zumindest teilweise frei von dem Gegenkontakt bleiben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A bis F in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Alternativ kann der Schritt F auch vor dem Schritt E ausgeführt werden. Der strukturierte Gegenkontakt kann dann zum Beispiel als Ätzmaske für das Einbringen der Emissionsbereiche dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in dem Schritt E die Trennwände so gebildet, dass sie von der aktiven Schicht aus gesehen in Richtung Oberseite spitz zulaufen. Im Schritt F kann dann eine unterbrechungsfreie und zusammenhängende Gegenkontaktschicht vollflächig auf die dem Träger
abgewandten Seiten der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden. Anschließend wird dann vorzugsweise auch eine
unterbrechungsfreie und zusammenhängende Schutzschicht vollflächig auf die dem Träger abgewandten Seiten der
Gegenkontaktschicht aufgebracht. In einem darauffolgenden Schritt kann dann ein gerichtetes Ätzverfahren eingesetzt werden, bei dem die Schutzschicht im Bereich von
Seitenflächen der Trennwände mit einer geringeren Ätzrate weggeätzt wird als im Bereich von Bodenflächen der
Ausnehmungen. Das stärkere Wegätzen im Bereich der
Bodenflächen ergibt sich dabei automatisch, da ein
gerichtetes Ätzverfahren verwendet wird, bei dem die
Bodenflächen der Ausnehmungen vorzugsweise senkrecht zu einer Hauptätzrichtung des Ätzverfahrens verlaufen, die
Seitenflächen jedoch unter einem Winkel < 90° zur
Hauptätzrichtung verlaufen. Dadurch kann erreicht werden, dass nach dem gerichteten Ätzverfahren die Seitenflächen nach wie vor vollständig von einer gedünnten Schutzschicht bedeckt sind, die Bodenflächen aber teilweise oder vollständig frei von der Schutzschicht sind. Im Bereich der Bodenflächen ist die Gegenkontaktschicht dann freigelegt. In einem nächsten Schritt kann dann ein weiteres Ätzverfahren eingesetzt werden, bei dem die Schutzschicht auf den Seitenwänden als Maske dient, und bei denen die Gegenkontaktschicht im Bereich der Bodenfläche der Ausnehmungen teilweise oder vollständig entfernt wird.
Die spitz zulaufenden Trennwände ermöglichen also ein
selbstj ustierendes Verfahren zur Aufbringung von
Gegenkontakten auf die Trennwände. Auf Lithographie- oder Maskenherstellungsverfahren, bei denen auch gewisse Justage- Toleranzen berücksichtigt werden müssen, kann verzichtet werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in einem Schritt G eine oder mehrere Ausnehmungen in der
Halbleiterschichtenfolge teilweise oder vollständig mit einem Konvertermaterial gefüllt. Das Befüllen kann zum Beispiel mittels eines Inkj et-Druckprozesses oder eines Aerosoljet- Prozesses oder Dispension oder Siebdrucken erfolgen.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche
Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen: Figuren 1 bis 8 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips , Figuren 9A bis 9C schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines hier beschriebenen
Verfahrens zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterchips .
Figur 1 zeigt einen Halbleiterchip 100 mit einem als
Aktivmatrixelement 6 ausgebildeten Träger, auf dem eine
Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht ist. Die
Halbleiterschichtenfolge 1 weist außerdem eine aktive Schicht 11 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge 10 auf. Die Halbleiterschichtenfolge 1 basiert zum Beispiel auf InGaAlN, die aktive Schicht 11 ist zum
Beispiel ein pn-Übergang. Ferner umfasst die
Halbleiterschichtenfolge 1 eine Oberseite 2, die parallel zur aktiven Schicht 11 verläuft und die die am weitesten von der aktiven Schicht 11 entfernten Bereiche der
Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst. Gegenüber der Oberseite 2 weist die Halbleiterschichtenfolge 1 eine Unterseite 3 auf, die ebenfalls parallel zur aktiven Schicht 11 verläuft und ebenfalls die am weitesten von der aktiven Schicht 11 entfernten Bereiche der Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst. Die Unterseite 3 ist dem Aktivmatrixelement 6 zugewandt.
In die Halbleiterschichtenfolge 1 ist außerdem eine Mehrzahl von Ausnehmungen eingebracht, die sich von der Oberseite 2 in Richtung aktive Schicht 11 erstrecken, die aktive Schicht 11 aber nicht durchbrechen. Vorliegend sind die Ausnehmungen in der dargestellten Querschnittsansicht in Gestalt von
umgedrehten Kegel- oder Pyramidenstümpfen ausgebildet, wobei eine Bodenfläche 23 einer jeden Ausnehmung parallel zur aktiven Schicht 11 verläuft. Die einzelnen Ausnehmungen sind in lateraler Richtung parallel zur aktiven Schicht 11 durch Trennwände 21 voneinander getrennt und beabstandet. Die Trennwände 21 bilden dabei einen Teil der
Halbleiterschichtenfolge 1, so dass der gesamte
Halbleiterchip 100 eine einzige zusammenhängende, einstückig ausgebildete Halbleiterschichtenfolge 1 aufweist.
Seitenflächen 22 der Trennwände 21 verlaufen schräg zur aktiven Schicht 11 und begrenzen die Ausnehmungen in der Halbleiterschichtenfolge 1 lateral.
Auf plateauförmige Spitzen der Trennwände 21 ist im Bereich der Oberseite 2 außerdem ein Gegenkontakt 31, zum Beispiel aus AI aufgebracht, der zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 1 dient. Die Seitenwände 22 der Trennwände 21 sind im vorliegenden Fall der Figur 1 frei von dem Gegenkontakt 31. Der Gegenkontakt 31 ist seitlich über einen Bonddraht mit dem Aktivmatrixelement 6 elektrisch verbunden .
Zwischen dem Aktivmatrixelement 6 und der Unterseite 3 der Halbleiterschichtenfolge 1 sind außerdem im Bereich der
Ausnehmungen Kontaktelemente 30 angebracht. In Draufsicht auf die Oberseite 2 sind die Kontaktelemente 30 vollständig von der Ausnehmung beziehungsweise der Bodenfläche 23 der
Ausnehmung überdeckt. Jeder Ausnehmung ist dabei ein eigenes Kontaktelement 30 eineindeutig zugeordnet.
Zwischen den Kontaktelementen 30 im Bereich der Trennwände 21 ist außerdem eine Isolationsschicht angebracht, die
beispielsweise aus Siliziumoxid besteht. Die
Isolationsschicht ist vorzugsweise auf der Unterseite 3 überall im Bereich der Trennwände 21 angeordnet.
Ferner schließt in Figur 1 die Isolationsschicht mit den Kontaktelementen 30 bündig an einer der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite ab, so dass die Isolationsschicht und die Kontaktelemente 30 zusammen eine Schicht mit ebenen Hauptflächen bilden. Auf eine der ebenen Hauptflächen ist das Aktivmatrixelement 6 zum Beispiel mittels eines Direct-Bonding-Verfahrens aufgebracht.
Die Kontaktelemente 30 sind im Beispiel der Figur 1 aus zwei übereinander gestapelten Schichten aufgebaut, wobei die der aktiven Schicht 11 zugewandte Schicht eine Spiegelschicht zum Beispiel aus Ag ist. Die der aktiven Schicht 11 abgewandte Schicht des Kontaktelements 30 dient bevorzugt als
Verbindungsschicht zu dem Aktivmatrixelement 6 und besteht zum Beispiel aus Ni oder AI oder Cu . Im Beispiel der Figur 1 sind die einzelnen Kontaktelemente 30 über einzeln ansteuerbare Transistoren, zum Beispiel
Dünnschicht-Transistoren, mit einem ebenfalls im
Aktivmatrixelement 6 angeordneten Schieberegister elektrisch verbunden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die einzelnen Kontaktelemente 30 einzeln und unabhängig
voneinander angesteuert beziehungsweise bestromt werden können. Wie in Figur 1 dargestellt, werden bei der
Ansteuerung eines Kontaktelements 30 Ladungsträger von dem Kontaktelement 30 in Richtung aktive Schicht 11 in die
Halbleiterschichtenfolge 1 injiziert. Von dem auf der
Oberseite 2 angebrachten Gegenkontakt 31, der als gemeinsamer Gegenkontakt für alle Kontaktelemente 30 auf der Unterseite 3 dient, werden über die Trennwände 21 entgegengesetzt geladene Ladungsträger in Richtung aktive Schicht 11 injiziert. Bei der Rekombination der Ladungsträger in der aktiven Schicht 11 entsteht Strahlung vorzugsweise nur im Bereich um das jeweils angesteuerte Kontaktelement 30. Die erzeugte Strahlung einer ersten Wellenlänge 10 tritt dann über die Bodenfläche 23 aus der Halbleiterschichtenfolge 1 aus.
Auf diese Weise ist die Halbleiterschichtenfolge 1 in eine Vielzahl von lateral nebeneinander angeordneten
Emissionsbereichen 20 unterteilt. Die Emissionsbereiche 20 sind Bereiche, über die elektromagnetische Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge 1 ausgekoppelt wird, und die in Draufsicht auf die Oberseite 2 für einen Beobachter als getrennte Bildpunkte oder Pixel wahrnehmbar sind. Zwischen den Emissionsbereichen 20 sind jeweils die Trennwände 21 mit dem darauf angebrachten Gegenkontaktelement 31 angeordnet. Dadurch, dass im Bereich der Trennwände 21 aufgrund der
Isolationsschicht keine oder wenig Strahlung erzeugt wird und dadurch, dass auf den Trennwänden 21 ein Gegenkontakt 31 aufgebracht ist, tritt über die Trennwände 21 nahezu keine Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge 1 aus. Die
Trennwände 21 bilden also in Draufsicht eine eventuell dunkle optische Grenze zwischen benachbarten Emissionsbereichen 20. Ferner ist durch die Ausgestaltung des Halbleiterchips 100 in Figur 1 die laterale Ausdehnung eines jeden Emissionsbereichs 20 über die laterale Ausdehnung der zugehörigen Ausnehmung definiert . In Figur 1 sind außerdem einige der Ausnehmungen mit einem Konvertermaterial 5 gefüllt. Bei dem Konvertermaterial 5 handelt es sich beispielsweise um lumineszente organische Moleküle oder Quantendots, die in einem transparenten
Matrixmaterial aus einem Silikon oder Acrylat eingebracht sind. Das in der jeweiligen Ausnehmung über die Bodenfläche 23 emittierte Licht der ersten Wellenlänge 10 wird über das Konvertermaterial 5 zumindest teilweise in Licht einer zweiten, von der ersten Wellenlänge 10 unterschiedlichen Wellenlänge 50 konvertiert. Beispielsweise wird im Betrieb des Halbleiterchips 100 von der aktiven Schicht 11
emittiertes blaues Licht durch das Konvertermaterial 5 in rotes oder grünes Licht umgewandelt. Die Ausnehmungen dienen insbesondere als Gussform für das Auffüllen mit dem
Konvertermaterial 5. Die Trennwände 21 verhindern dabei ein Überlaufen von Konvertermaterial 5 in benachbarte
Ausnehmungen . Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist eine Draufsicht auf die Oberseite 2 eines Halbleiterchips 100 gezeigt. Die
Ausnehmungen in der Halbleiterschichtenfolge 1 haben
vorliegend eine rechteckige Grundform und sind in einem regelmäßigen rechteckigen Matrixmuster angeordnet. Die
Trennwände 21 zwischen den Ausnehmungen bilden ein Gitternetz mit rechteckförmigen Maschen, die die Ausnehmungen in der Halbleiterschichtenfolge 1 vollständig und unterbrechungsfrei umgeben. Auf die Trennwände 21 ist das Kontaktelement 31 vollständig aufgebracht, das heißt, das Kontaktelement 31 formt das Gitternetz der Ausnehmungen nach und ist ebenfalls unterbrechungsfrei und durchgehend ausgebildet. Insbesondere ist der Gegenkontakt 31 zwischen einer Mehrzahl von
Ausnehmungen ausgebildet und umgibt die Ausnehmungen lateral vollständig .
Im Beispiel der Figur 2 ist außerdem ersichtlich, dass jeweils drei nebeneinanderliegende Emissionsbereiche 20 zu einer Bildgruppe 200 zusammengefasst sind. Die Bildgruppen 200 sind dabei ebenfalls matrixartig auf der Oberseite 2 angeordnet. In jeder Bildgruppe 200 sind eine erste
Ausnehmung mit einem roten Konvertermaterial 5 und eine zweite Ausnehmung mit einem grünen Konvertermaterial 5 gefüllt. Die dritte Ausnehmung ist frei von einem Konvertermaterial. Emittiert die aktive Schicht 11 der
Halbleiterschichtenfolge 1 beispielsweise blaues Licht, so wird dieses von dem roten Konvertermaterial zumindest
teilweise in rotes Licht und von dem grünen Konvertermaterial zumindest teilweise in grünes Licht umgewandelt. Über die dritte Ausnehmung wird blaues Licht emittiert. Insgesamt bildet jede Bildgruppe 200 also eine blau-rot-grün
emittierende Einheit aus drei unterschiedlich farbigen
Pixeln. Durch eine solche Ausgestaltung ist der
Halbleiterchip 100 der Figur 2 zum Beispiel als mehrfarbig emittierendes Pixeldisplay realisiert.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 3 zeigt einen ähnlichen Halbleiterchip 100 wie Figur 1. Im Unterschied zur Figur 1 sind in Figur 3 aber auch Seitenwände 22 der Trennwände 21 vollflächig mit dem Gegenkontakt 31 bedeckt. Der Gegenkontakt 31 weist dabei vorzugsweise ein spiegelndes Material wie Ag oder AI auf. Strahlung, die aus der Bodenfläche 23 der
Ausnehmungen aus der Halbleiterschichtenfolge 1 austritt, kann dann nicht durch die Trennwände 21 in eine benachbarte Ausnehmung gelangen. Die vollflächig bedeckten Trennwände 21 sorgen daher für ein besonders hohes Kontrastverhältnis zwischen benachbarten Emissionsbereichen 20. Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 3 jede Trennwand 21 so
ausgebildet, dass von der aktiven Schicht 11 aus gesehen die Trennwände 21 in Richtung Oberseite 2 spitz zulaufen. Die laterale Ausdehnung der Trennwände 21 im Bereich der
Oberseite ist dann zum Beispiel vernachlässigbar klein im
Vergleich zur maximalen lateralen Ausdehnung der Trennwände 21. Auch im Ausführungsbeispiel der Figur 4 sind die Seitenflächen 22 der Trennwände 21 vollständig mit dem
Gegenkontakt 31 bedeckt.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 dadurch, dass der
Gegenkontakt 31 nicht über einen Bonddraht mit dem
Aktivmatrixelement 6 kontaktiert ist. Vielmehr ist hier der Gegenkontakt 31 als Schicht ausgebildet, die die
Halbleiterschichtenfolge 1 seitlich überragt und über eine Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge 1 bis hin zum
Aktivmatrixelement 6 geführt ist. Dort ist der Gegenkontakt 31 elektrisch leitend mit einem Schieberegister des
Aktivmatrixelements 6 verbunden. Anders als in Figur 5 gezeigt ist der Gegenkontakt 31 vorzugsweise zumindest im Bereich der Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge 1 von der Halbleiterschichtenfolge 1 über eine Isolationsschicht isoliert, so dass im Betrieb durch den Gegenkontakt 31 kein Kurzschluss in der Halbleiterschichtenfolg 1 erzeugt wird. Außerdem ist in Figur 5 eine Ausnehmung, die in den vorigen
Ausführungsbeispielen frei von einem Konvertermaterial 5 war, nun mit einem transparenten Füllmaterial gefüllt. Das
transparente Füllmaterial konvertiert im vorgesehenen Betrieb das von der aktiven Schicht 11 emittierte Licht nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil. Das transparente
Füllmaterial dient hier beispielsweise zum Schutz der
Halbleiterschichtenfolge 1 im Bereich der Ausnehmungen vor äußeren Einflüssen. Bei dem transparenten Füllmaterial kann es sich um das gleiche Material handeln, dass auch für das oben genannte transparente Matrixmaterial Verwendung findet.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 5 zusätzlich eine Schutzschicht 7 auf die Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Die
Schutzschicht 7 steht dabei mit der Halbleiterschichtenfolge 1 im Bereich der Ausnehmungen zumindest teilweise in direktem Kontakt und ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und dem Konvertermaterial 5 angeordnet. Beispielsweise bedeckt die Schutzschicht 7 die Bodenflächen 23 der Ausnehmungen vollständig. Außerdem ist die Schutzschicht 7 auch auf die Seitenwände 22 und auf die Oberseite der Trennwände 21 aufgebracht. Die Schutzschicht 7 überdeckt dabei den auf die Trennwände 21 aufgebrachten Gegenkontakt 31 bevorzugt
vollständig. Durch die Schutzschicht 7 wird der Gegenkontakt 31 vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Oxidation oder vor Feuchtigkeitseintritt geschützt. Die Schutzschicht 7 ist in Figur 5 zum Beispiel als eine zusammenhängende,
unterbrechungsfreie und vollflächig aufgebrachte
Schutzschicht 7 ausgebildet.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 7 ist wie in Figur
6 jede Trennwand 21 vollständig von der Schutzschicht 7 bedeckt. Allerdings sind in Figur 7 die Bodenflächen 23 der Ausnehmungen frei von der Schutzschicht 7. Eine solche
Ausgestaltung kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass vor dem Füllen der Ausnehmungen mit dem Konvertermaterial 5 die Schutzschicht 7 im Bereich der Ausnehmungen über ein Ätzverfahren entfernt wird.
In Figur 8 ist die Schutzschicht 7 nicht wie in den
Ausführungsbeispielen der Figur 6 zwischen dem
Konvertermaterial 5 und der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet, vielmehr ist die Schutzschicht 7 hier als Verguss über die gesamte Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Die Schutzschicht 7 ist also auf die von der aktiven Schicht 11 abgewandte Seite des Konvertermaterials 5 angeordnet. Insbesondere überdeckt die Schutzschicht 7 alle Ausnehmungen, alle Trennwände 21 und alle Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge 1 vollständig. Figur 9A zeigt einen Verfahrensschritt zur Herstellung eines hier beschriebenen Halbleiterchips 100. Bei dem
Verfahrensschritt ist eine Halbleiterschichtenfolge 11 bereits auf einem Aktivmatrixelement 6 aufgebracht, welches nicht das Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge 1 ist. Ferner sind zum Beispiel über ein Ätzverfahren bereits Ausnehmungen von der Oberseite 2 her in die
Halbleiterschichtenfolge 1 eingebracht. Die Ausnehmungen sind dabei so eingebracht, dass die stehenbleibenden und die
Ausnehmungen vollständig umgebenden Trennwände 21 eine spitz zulaufende Querschnittsform aufweisen. Ferner ist auf die dem Aktivmatrixelement 6 abgewandte Seite der
Halbleiterschichtenfolge 1 bereits eine zusammenhängend und unterbrechungsfrei ausgebildete Gegenkontaktschicht 310 vollflächig auf die Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Die Gegenkontaktschicht 310 bedeckt die Bodenflächen 23 der Ausnehmungen sowie alle Seitenflächen 22 der Trennwände 21 vollständig. Auf die dem Aktivmatrixelement 6 abgewandte Seite der Gegenkontaktschicht 310 ist außerdem eine
Schutzschicht 7 aufgebracht, die ebenfalls zusammenhängend und unterbrechungsfrei ausgebildet ist und vollflächig auf die Gegenkontaktschicht 310 aufgebracht ist. Die
Schutzschicht 7 besteht zum Beispiel aus einem Siliziumoxid, wie SiC>2, die Gegenkontaktschicht 310 besteht zum Beispiel aus Ag.
In Figur 9A ist außerdem gezeigt, wie die Schutzschicht 7 von einer dem Aktivmatrixelement 6 abgewandten Seite mit einem gerichteten Ätzverfahren 70, wie Reaktives-Ionenätzen, behandelt wird. Durch das gerichtete Ätzverfahren 70 kann die Schutzschicht 7 im Bereich der Bodenfläche 23 der
Ausnehmungen stärker abgetragen werden als auf den
Seitenflächen 22 der Trennwände 21.
Ein mögliches Resultat dieses gerichteten Ätzverfahrens 70 ist in Figur 9B gezeigt. In Figur 9B ist die Schutzschicht 7 im Bereich der Bodenflächen 23 der Ausnehmungen vollständig entfernt. Da die Seitenflächen 21 in einem von 90°
unterschiedlichen Winkel zur Hauptätzrichtung des gerichteten Ätzverfahrens 70 verlaufen, ist es möglich, dass gleichzeitig die Schutzschicht 7 im Bereich der Seitenflächen 22 nicht vollständig entfernt ist. Die Seitenflächen 22 der Trennwände 21 sind also nach wie vor vollflächig von der Schutzschicht 7 überdeckt.
In Figur 9B ist außerdem gezeigt, wie ein weiteres
Ätzverfahren 80, zum Beispiel ein nasschemisches
Ätzverfahren, von einer dem Aktivmatrixelement 6 abgewandten Seite ausgeführt wird. Bei dem Ätzverfahren 80 dient die Schutzschicht 7 auf den Seitenwänden 22 nun als
Maskenstruktur, die von dem weiteren Ätzverfahren 80 kaum oder nur wenig angegriffen wird. Dafür wird die
Gegenkontaktschicht 310 im Bereich der Ausnehmungen 23, die frei von der Schutzschicht 7 ist, durch das weitere
Ätzverfahren 80 nun teilweise oder vollständig entfernt.
Das Resultat dieses weiteren Ätzverfahrens 80 ist in Figur 9C gezeigt, bei dem die Bodenflächen 23 der Ausnehmungen
vollkommen frei sowohl von der Gegenkontaktschicht 310 als auch der Schutzschicht 7 sind. Die Schutzschicht 7 sowie die Gegenkontaktschicht 310 befinden sich lediglich noch auf den Seitenwänden 22 der Trennwände 21. Durch das in den Figuren 9A bis 9C geschilderte Verfahren können die Trennwände 21 also mit einem gemeinsamen
strukturierten Gegenkontakt 31 versehen werden, ohne dass zur Strukturierung des Gegenkontakts 31 aufwendige
Maskenbildungs- und Lithographieverfahren nötig sind.
Vielmehr handelt es sich hier um ein selbstj ustierendes Verfahren, bei dem die spitz zulaufende Ausgestaltung der Trennwände 21 ausgenutzt wird. Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen aufgeführt ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 112 551.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
2 Oberseite
3 Unterseite
5 Konvertermaterial
6 Aktivmatrixelement
7 Schutzschicht
10 Strahlung erster Wellenlänge 11 aktive Schicht
20 Emissionsbereich
21 Trennwand
22 Seitenflächen der Trennwand 21
23 Bodenfläche der Ausnehmung 30 Kontaktelement
31 Gegenkontakt
50 Strahlung zweiter Wellenlänge
100 Halbleiterchip
200 Bildgruppe

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) umfassend
- eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer Oberseite (2), eine der Oberseite (2) gegenüberliegende
Unterseite (3) und einer aktiven Schicht (11) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge (10), wobei der Halbleiterchip (100) frei von einem Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge (1) ist,
- eine Mehrzahl von auf der Unterseite (3) angeordneten Kontaktelementen (30), die im vorgesehenen Betrieb einzeln und unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) in eine Mehrzahl von in lateraler Richtung nebeneinander angeordneten Emissionsbereichen (20) unterteilt ist, die dazu eingerichtet sind, im Betrieb Strahlung zu
emittieren,
- jedem der Emissionsbereiche (20) zumindest eines der
Kontaktelemente (30) zugeordnet ist,
- jeder Emissionsbereich (30) eine Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge (1) aufweist, die sich von der Oberseite (2) in Richtung aktive Schicht (11) erstreckt,
- in Draufsicht auf die Oberseite (10) die Ausnehmung eines jeden Emissionsbereichs (20) vollständig von einer zusammenhängenden Bahn aus Trennwänden (21) umgeben ist, wobei die Trennwände (21) aus der Halbleiterschichtenfolge (1) gebildet sind, und wobei die Trennwände (21) Grenzen zwischen benachbarten Emissionsbereichen (20) bilden. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- die Ausnehmung zumindest eines Emissionsbereichs (20) zumindest teilweise mit einem Konvertermaterial (5) gefüllt ist,
- das Konvertermaterial (5) die im Betrieb des
betreffenden Emissionsbereichs (20) erzeugte
Strahlung der ersten Wellenlänge (10) zumindest teilweise in Strahlung einer zweiten, von der ersten Wellenlänge (10) unterschiedlichen Wellenlänge (50) konvertiert,
- die Trennwände (21) eine laterale Begrenzung für das Konvertermaterial (5) bilden.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei im Bereich der Ausnehmungen der Emissionsbereiche (20) die Halbleiterschichtenfolge (1) eine Dicke gemessen senkrecht zur Oberseite (2) von höchstens 3 ym aufweist .
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- jedem Emissionsbereich (20) genau ein Kontaktelement (30) eineindeutig zugeordnet ist,
- das zu einem Emissionsbereich (20) gehörende
Kontaktelement (30) der Ausnehmung gegenüberliegt,
- die Ausnehmungen der Emissionsbereiche (20) in
Draufsicht die zugehörigen Kontaktelemente (30) vollständig überdecken,
- die lateralen Ausdehnungen der Ausnehmungen der
Emissionsbereiche (20) um höchstens 50 % von den lateralen Ausdehnungen der zugehörigen
Kontaktelemente (30) abweichen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- in Draufsicht auf die Oberseite (2) die
Emissionsbereiche (20) matrixartig angeordnet sind,
- die Emissionsbereiche (20) in Draufsicht auf die
Oberseite (2) von einem Gitternetz aus Trennwänden
(21) umgeben sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- die Trennwände (21) mit einem zusammenhängenden
Gegenkontakt (31) bedeckt sind, der auf der Oberseite
(2) der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist, und im Betrieb zur Kontaktierung von einer Mehrzahl von Emissionsbereichen (20) dient,
- die Ausnehmungen der Emissionsbereiche (20) zumindest teilweise frei von dem Gegenkontakt (31) sind,
- zum Betrieb eines Emissionsbereichs (20) eine
Spannung zwischen Gegenkontakt (31) und dem zum Emissionsbereich (20) zugehörigen Kontaktelement (30) angelegt ist.
7. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach dem
vorherigen Anspruch, wobei
- der Gegenkontakt (31) ein lichtreflektierendes oder lichtabsorbierendes Material aufweist,
- der Gegenkontakt (31) die Trennwände (21) neben der
Oberseite (2) auch an Seitenflächen (22) der Trennwände (21) bedeckt, so dass die einzelnen Emissionsbereiche (20) durch die Trennwände (21) optisch voneinander getrennt sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Unterseite (3) der Halbleiterschichtenfolge (1) im Bereich der Trennwände (21) frei von
Kontaktelementen (30) ist, so dass im Betrieb in den Bereichen der Trennwände (21) die aktive Schicht (11) wenig oder keine Strahlung erzeugt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei an der Unterseite (3) auf eine Mehrzahl der
Kontaktelemente (30) ein gemeinsames Aktivmatrixelement (6) aufgebracht ist, das zur selektiven elektrischen Ansteuerung der einzelnen Kontaktelemente (30) dient.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- die laterale Ausdehnung der Ausnehmungen der
Emissionsbereiche (20) von der Oberseite (2) in
Richtung aktive Schicht (11) abnimmt,
- die Ausnehmungen der Emissionsbereiche (20) jeweils eine Bodenfläche (23) aufweisen, die parallel zur aktiven Schicht (11) verläuft.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Trennwände (21) von der aktiven Schicht (11) aus gesehen in Richtung Oberseite (2) spitz zulaufen, so dass eine Breite der Trennwände (21) im Bereich der Oberseite (2) höchstens 1/10 der maximalen Breite der Trennwände (21) beträgt. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach mindestens Anspruch 6,
wobei auf die der Halbleiterschichtenfolge (1)
abgewandten Seiten des Gegenkontakts (31) eine
Schutzschicht (7) aufgebracht ist, die den Gegenkontakt (31) vor äußeren Einflüssen schützt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- die Ausnehmungen der Emissionsbereiche (20) eine laterale Ausdehnung zwischen einschließlich 1 ym und 300 ym haben,
- die maximale Breite der Trennwände zwischen
einschließlich 10 % und 100 % der lateralen
Ausdehnung der Ausnehmungen der Emissionsbereiche (20) beträgt,
- die Dicke der Halbleiterschichtenfolge (1) im Bereich der Trennwände (21) zwischen einschließlich 5 ym und 12 ym beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- der Gegenkontakt zumindest eines der folgenden
Materialien aufweist oder daraus besteht: Ag, Au, Pt, Pd, Ni, Rh, AI, TCO;
- das Konvertermaterial (5) zumindest ein transparentes Matrixmaterial mit zumindest einem darin
eingebrachten lichtkonvertierenden Leuchtstoff aufweist oder daraus besteht, wobei der Leuchtstoff organische Moleküle und/oder lumineszierende Polymere und/oder Quantenpunkte aufweist oder daraus besteht;
- die Schutzschicht (7) zumindest eines der folgenden Materialien aufweist oder daraus besteht: AI2O3, S1O2, SiNx, SiOxNy, TaNx, 1O2, Parylene, PU-Lacke, EP-Lacke .
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei
- die aktive Schicht (11) der Halbleiterschichtenfolge
(1) im Betrieb Strahlung im blauen Spektralbereich erzeugt,
- der Halbleiterchip (100) eine Mehrzahl von
Bildgruppen (200) aufweist, wobei jede Bildgruppe (200) drei nebeneinander angeordnete
Emissionsbereiche (20) aufweist,
- in jeder Bildgruppe (200) eine Ausnehmung eines
ersten Emissionsbereichs (20) mit einem roten
Konvertermaterial (5) und eine Ausnehmung eines zweiten Emissionsbereichs (20) mit einem grünen
Konvertermaterial (5) gefüllt ist und ein dritter Emissionsbereich (20) frei von einem
Konvertermaterial (5) ist, so dass jede Bildgruppe (200) eine rot-grün-blau emittierende Einheit bildet,
- die Bildgruppen (200) matrixartig auf der Oberseite
(2) angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) mit den folgenden Schritten:
A) Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Aufwachssubstrat , wobei die
Halbleiterschichtenfolge (1) eine aktive Schicht (11) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung umfasst;
B) Anbringen von Kontaktelementen (30) auf einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Unterseite (3) der
Halbleiterschichtenfolge (1);
C) Aufbringen eines Trägers auf die Unterseite (3) ; D) Ablösen des Aufwachssubstrats , wobei eine der
Unterseite (3) gegenüberliegende Oberseite (2) der Halbleiterschichtenfolge (1) freigelegt wird;
E) Ausbilden von Emissionsbereichen (20) durch Bilden von Ausnehmungen in der Halbleiterschichtenfolge (1), wobei sich jede Ausnehmung von der Oberseite (2) in Richtung aktive Schicht (11) erstreckt, wobei um jede Ausnehmung Trennwände (21) aus der
Halbleiterschichtenfolge (1) stehen bleiben, die in Draufsicht auf die Oberseite (2) eine die Ausnehmung vollständig umgebende, zusammenhängende Bahn bilden.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei
- die Trennwände (21) von der aktiven Schicht (11) aus gesehen in Richtung Oberseite (2) spitz zulaufen;
- in einem Schritt F) eine unterbrechungsfreie und zusammenhängende Gegenkontaktschicht (310)
vollflächig auf die dem Träger abgewandten Seiten der Halbleiterschichtenfolge (1) aufgebracht wird;
- anschließend eine unterbrechungsfreie und
zusammenhängende Schutzschicht (7) vollflächig auf die dem Träger abgewandten Seiten der
Gegenkontaktschicht (310) aufgebracht wird;
- daraufhin ein gerichtetes Ätzverfahren (70)
eingesetzt wird, bei dem die Schutzschicht (7) im Bereich von Bodenflächen (22) der Ausnehmungen stärker weggeätzt wird als im Bereich von
Seitenflächen (23) der Trennwände (21), so dass nach dem gerichteten Ätzverfahren (70) die Seitenflächen (22) vollständig von der Schutzschicht (7) bedeckt sind und die Bodenflächen (23) zumindest teilweise frei von der Schutzschicht (7) sind;
- anschließend ein weiteres Ätzverfahren (80)
eingesetzt wird, bei dem die Schutzschicht (7) als Maske wirkt und bei dem die Gegenkontaktschicht (310) im Bereich der Bodenflächen (23) der Ausnehmungen zumindest teilweise entfernt wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (100) nach Anspruch 16 oder 17, wobei in einem Schritt G) die Ausnehmungen in der
Halbleiterschichtenfolge (1) zumindest teilweise über eines der folgenden Verfahren mit einem
Konvertermaterial (5) gefüllt werden: Inkj et-Drucken, Aerolj etting, Dispensen, Siebdruck.
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